Температура — это физическая величина, описывающая степень нагретости тел, на микроуровне являющаяся мерой средней кинетической энергии молекул. Человечество разработало несколько температурных шкал для количественного измерения температуры. Этот инструмент поддерживает пять самых распространённых: градусы Цельсия(°C), Фаренгейта(°F), кельвины(K), Ранкина(°R) и Реомюра(°Ré). Перевод между ними требует учёта как масштабного коэффициента, так и сдвига нуля — это аффинное преобразование, а не простое умножение.
Шкала Цельсия(Celsius,°C) была предложена шведским астрономом Андерсом Цельсием в 1742 году. По определению, при стандартном атмосферном давлении точка замерзания воды равна 0°C, точка кипения — 100°C, расстояние между ними разделено на 100 равных делений, поэтому шкалу также называют стоградусной. Градусы Цельсия являются официальной единицей температуры в подавляющем большинстве стран мира, а также общепринятой единицей наряду с кельвином в СИ, повсеместно используются в повседневной жизни, прогнозах погоды, медицине и кулинарии.
Шкала Фаренгейта(Fahrenheit,°F) была предложена немецким физиком Габриэлем Фаренгейтом в 1724 году. Изначально за 0°F была принята температура смеси льда, воды и соли, а ориентиром служила температура человеческого тела около 96°F, позже шкала была стандартизирована: точка замерзания воды 32°F, точка кипения 212°F, между ними 180 градусов. В настоящее время шкала Фаренгейта повседневно используется в основном в США, на Багамах, Каймановых островах и немногих других странах и территориях, в ней градуируются американские духовые шкафы, термометры, в ней указываются температуры в американских рецептах.
Кельвин(Kelvin,K) — единственная термодинамическая температурная единица Международной системы единиц(СИ), начинающаяся с абсолютного нуля(0 K = -273.15°C), цена деления полностью совпадает с градусом Цельсия(разница в 1 K равна разнице в 1°C). Для кельвинов не используется слово «градус» или значок °, пишется просто число + K. Это стандартная температурная шкала для физики, химии и инженерной термодинамики. Во всех физических формулах, включающих температуру(закон идеальных газов PV=nRT, закон Стефана-Больцмана, формула Карно для КПД и т.д.), обязательно используется абсолютная температура(кельвины или градусы Ранкина).
Градус Ранкина(Rankine,°R) — это абсолютная температурная шкала на основе Фаренгейта, предложенная шотландским инженером Уильямом Ранкином: 0°R равен абсолютному нулю, цена деления совпадает с градусом Фаренгейта(разница в 1°R равна разнице в 1°F), поэтому °R=°F+459.67=K×9/5. Шкала Ранкина до сих пор используется в американской аэрокосмической отрасли и термодинамике, являясь своеобразным «кельвином» для мира Фаренгейта. Шкала Реомюра(Réaumur,°Ré) была предложена французским учёным Рене Антуаном Реомюром в XVIII веке: точка замерзания воды 0°Ré, точка кипения 80°Ré, в XIX веке она была широко распространена в Европе, сейчас встречается только в старых рецептах, при производстве сыра и в исторических документах.
Ядро перевода температур — это аффинное преобразование T_target = a × T_source + b, где a — коэффициент масштаба, b — сдвиг нуля. Например, для °C→°F: a=9/5, b=32; для °C→K: a=1, b=273.15; перевод °F→K выполняется в два шага: сначала вычитаем 32, затем умножаем на 5/9, потом прибавляем 273.15. В этом инструменте встроены прямые формулы для всех пар шкал, что позволяет избежать ошибок с плавающей точкой, возникающих при цепочечных переводах.